全自動二維測量裝置設(shè)計論文

摘 要本課題來源于機械加工業(yè)復雜零件的在線檢測，在本論文中提出了一種新型的全自動二維測量方法，它改變了傳統(tǒng)的測量方法。本論文介紹了新型全自動二維測量裝置的硬件組成部分及其工作原理，通過理論分析和試驗數(shù)據(jù)的系統(tǒng)辨識對測量系統(tǒng)的動態(tài)性能進行了分析，并對該系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行了判斷和分析。也分析了影響測量結(jié)果的各種誤差因素，并從各個方面對系統(tǒng)的靜態(tài)誤差進行修正與補償。本論文也詳細地介紹了整個系統(tǒng)的軟件研制，用戶可以根據(jù)自己意愿自行選擇其工作模式，即聯(lián)機工作或脫機工作。本課題的 果 在全量 ，測量 ，線性 ， 聯(lián)機和脫機 種工作模式。該測量系統(tǒng)結(jié) ，動態(tài)響 ，能 用 測一中。currency1 二維測量系統(tǒng)誤差修正“ 聯(lián)機工作模式脫機工作模式1fifl fi fi fi fl fi ” fifi ” flfi fi fifl fi fi fi fl fi fi fl fi fl fi fi fi ” fl fi fi fi fi fi fl fl fi fl fi fl ” fi fi fi fi fl fifl fi fl flfl fifi ” fifl ” fi fi fi fi fififi fi fl flflfl ” fifi fi fifi fl fifl ”fi fl ” ” fi fi fi flflfl fi fi fl flflfi fi fi fl ” fi fi fi fl fi fifl fi ” fi fl fl fi fl ” fl fl ” fl fi ” fi fi fl ”fi fi fi fi fl fi fl fl fi fi fl fi ” fl fi flfl ” ” fl fifl fi fl fi fl fi fi ” fi fi fl fi fi ” fi ” fi ” fl fi fifl” fi fl fi fl fi fl fi fi flflfl flflfi fi 2 一 論機械工業(yè) 要的 工業(yè)， 的 部 。 的己一 進的 裝 與 進的制 在 中，要的作用 進的裝 與 進的制 及檢測 正 進的機械工業(yè)來提 的。 于 的 ， 于 “ 機 的 ，機械工業(yè) 了且還在繼續(xù) 極 深刻的變 機械 與 的 密結(jié)合， 與 機 的 密結(jié)合， 機械 所擁 的 較以往更高“更新“更 “更復雜 進。隨 社會 和 的 與進步，機一 正在不斷地深入 各個并 地向前 。與此相適 ，檢測 正在徹底改 ， 采用各種高新 ， 與 ，從數(shù)走向柔性“集成“智能，稱 前熱點之一。本課題 來源于復雜零件的尺寸在線檢測，機械加工業(yè)中每個零部件都必須檢驗其幾尺寸來判斷其零部件合格與否，但 工業(yè)狀告訴我們，大部分的工業(yè)場都不 在線檢測，3 離線測量，這樣 率低“耗時長，大大的提高了產(chǎn)品的 產(chǎn)成本。因研制高 “高 率的測裝置迫在眉睫，本課題就 于這種情況下提出的。2 外的研究狀該測量裝置的研究在 外受 了 的注，這 因 他在未來的加工“檢測行業(yè)中 舉足輕的地位。盡管世界各 進工業(yè) 家 此類產(chǎn)品各 點，其 點和 的做法都不盡相同，但 總的趨勢 一致的，歸納 來，大概 如下三個方面 ( )性能上，向高 “高 率“高性能智能的方向 (2)功能上，向小型“輕型“多功能方向 (3)層次上， 向系統(tǒng)“復合集成的方向 。 外大型企業(yè)及各種研究所都紛紛研制類似的產(chǎn)品，如 一維“二維“三維坐標測量機，極坐標測量機產(chǎn)品，但 其產(chǎn)品的價格昂貴。 對于該種類型的研究偏向于軟件方面，試圖尋找一個最佳 法來進行誤差補償，以提高系統(tǒng)的靈敏 “減少系統(tǒng)的非線性誤差，從提高系統(tǒng)的測量 ，也 的在硬件方面進行改 ，采用性能更 的機“源“傳動裝置“高 的 方面來提高系統(tǒng)的測量 ，或 尋找一個較 的 系統(tǒng)來提高系統(tǒng)的測量 在 外，對該種類型的裝置研究 較成 ， 各種坐標機，以 的fl fl 測量 的高 非 二維 作 ，但 其對測量 的要 刻， 能適用于類似 驗 中，不能 用于加工和檢測場。3 本課題研究的 “ 的 題及 果本課題研制的全自動二維測量裝置采用了數(shù)機 的， 大量 的在線檢測，并可以戶的意愿自己選擇其工作模式 聯(lián)機和脫機工作。該測量系統(tǒng)能根據(jù) 的狀進行自我整， 的適 性本課題研究的 以下部分 ( )全自動二維測量裝置的 (2)全自動二維測量裝置的靜態(tài)“動態(tài) 性分析及 驗驗 并對整4個系統(tǒng)的誤差進行分析，從對系統(tǒng)誤差進行修正和補償(3)全自動二維測量裝置數(shù) 模型分析與currency1模()全自動二維測量裝置硬件“ ()全自動二維測量裝置的軟件研制()全自動二維測量裝置的外 本課題的的之一就 fi入 產(chǎn) 中fl，來提高機械加工業(yè)中產(chǎn)品檢測的工作 率， 低產(chǎn)品的 產(chǎn) ，提高產(chǎn)品的能。本課題的 果就 該測量裝置在全量 ，其測量 聯(lián)機和脫 種工作方式 用戶自行選擇。第二章 全自動二維測量系統(tǒng)的硬件置2 系統(tǒng)的總結(jié) 及工作原理2 系統(tǒng)的總結(jié) 了 “高 測量零件結(jié) 尺寸，” 整個測量系統(tǒng)要 響，在整個的 ， 的穩(wěn)定性出位 足 的 性硬動態(tài)響 ， 時且過靜態(tài)和動態(tài)誤差小 向，能 和正 ，因此采用了數(shù)式 系統(tǒng)，步進機動行部件。5圖2 全自動二維測量系統(tǒng)的 結(jié) 圖fl” 23 理系統(tǒng) 向步進機 一 3 fi ” ” 一 自步進 二維工作 3動圖2 一 和正，因此采用了數(shù)式 系統(tǒng)， 步進機動行部件。該測量系統(tǒng)大致分 個部分，一部分 制部分， 多功能 機模 “currency1 “，可以 “ 的入和出“currency1 入“功能二 行部件， 步進機“高 的 “動“ “ 傳 “零位傳 ，它可以 工作 的二維 動及根據(jù)工入的 對工件進行 時測量?！?每個加工場的情況不同，我們也研 了 種工作模式，可以根據(jù)不同的場合選用聯(lián)機或脫機工作模式。2 2 系統(tǒng)的測量原理該系統(tǒng)的硬件 多功能 機模 ，它 系統(tǒng)的制部件，能 出制步進機的步數(shù)“方向及零 能對 傳 采集的 進行 理并上傳 上位機及。測量系統(tǒng)的 根 6 通過聯(lián)軸與 個步進機相聯(lián)， 機模 出對 的制命 ，動步進機，從帶動二維工作 在X 方向動。 傳安裝在 方向的滑 上，在測量時，首 確定X方向的位量，以便 傳 測量頭對準 測工件 后 機模 出命 來確定 方向的進 量最后 機讀出 傳 的讀數(shù)和 方向步進機的步數(shù)，從 出 測工件的幾尺寸。” 每個加工場的不同，我們采用了 種工作模式 一種 聯(lián)機工作模式，它主要 通過Delphi編寫的上位機 序來制下位機，其 序 了置通訊的端 ，波 率通訊協(xié)議，測量結(jié)果，下位機 受 上位機出的命 后，自行行相的 序， 了分布式制測量；另外一種 脫機工作模式，即 機模 里固的 序一直在掃描 否薄膜currency1按下的 息，不同的currency1將動不同的 序來 測工件的在線測量。 的情況將在后面進行論述。該測量系統(tǒng)采用了非 的測量方式，其 點 避免了 產(chǎn) 的變誤差，也不會劃傷 測工件的 面。其測量原理圖如2.1-2， 測工件與 傳 的測頭之的距離S保持在 傳 的行 (6mm左右)，距離S 軟件進行置的，測量過 中 序一直 時監(jiān)測采集的圖2， 2數(shù)據(jù)并與之 對， 了隨動測量。 了提高系統(tǒng)的測量 ，我們在每個 的 端安裝了零位傳 ，以提高系統(tǒng)的定位 和減少 的螺距累 誤差。2 3光柵尺測量的 狀況外 “英 “日本“西班牙的一些 都 提 光柵尺測量產(chǎn)品其中以 I N IN 和英 R NI W 最 著名，其 “品種“產(chǎn)量都 于絕對 地位。I N IN 的LI 系列高直線光柵尺采用鋼帶作 刻 ， 的抗振動擊能 2，分辨 2 時最高動 可 ， 分辨 時最高動 能7 2 LIP 系列高 直線光柵尺采用玻璃作 刻 ，抗振動擊能 2 分辨 時最高動 能 2 。英 R NI 的光柵尺于非 光 原理， 高的 和分辨。R NI W提 的高直線光柵系統(tǒng)，分 RG2和RG 大系列。測量系統(tǒng) 光柵刻尺，讀數(shù)頭，細分模 組成，使用不同的細分模 可 不同分辨的要 ，其產(chǎn) 的性能如 2所。其中，RG 2系列高直線光柵尺采用鋼帶作 刻 ， 的抗振動擊能3 2， 分辨 時最高動 ” ， 分辨 時最高動 3 ， 分辨 時最高動 僅能 2 RG 2 系列高 直線光柵尺采用鋼帶作刻 ， 的抗振動擊能 2， 分辨 時最高動 能 。此外規(guī)模較大的還 日本IU “ UB “西班牙 G R 。我 對 量光柵的研究始于 年前后，并在長光柵和圓光柵的制 “ 用方取得了許多成果。 后currency1立了光柵尺“編碼 產(chǎn)線，在各種測量系統(tǒng)中，采用光柵的測量系統(tǒng)就占 。我 制 光柵尺和光柵傳 的企業(yè) 數(shù)十家，年產(chǎn)值約 千萬元，產(chǎn)光柵尺 萬多根。但產(chǎn)光柵尺檔次不高，制 偏差一般 。前 產(chǎn)的光柵尺位傳 性能與 外相 還仍 大差距。 長春光機數(shù) 限 的 GC系列光柵尺， 分辨 時最高動 能 ；成都遠恒 密測 限 的G 系列光柵尺， 分辨 ” 時最高檢測 3 。上述介紹的 外光柵尺的數(shù)據(jù) ， 前光柵尺測量性能 如下本 征 于受光柵尺 檢測“掃描率因素的限制，納米級分辨的光柵尺最大動 限制在 2 以下 ” 以上的高動的光柵尺 米級分辨。即能適 高( 大于 )狀態(tài)下檢測的光柵位傳 其檢測分辨一般較低(分辨一般大于 ) 高 (分辨高于 )的光柵傳 其檢測的8 又受 限制( 一般小于2 。可見，要使 個 密光柵位傳 同時滿足大行 “高 “高 的位測量要 十分困難的。2 光柵尺高高 測量的研究狀前，光柵尺傳 在高 線位測量方的研究較多。里斯本大 的Girao提出用光探測法測量軸向線性位的方法，以校正光傳 與光柵位置之的角 變 的誤差，得出采用雙光源或陣列光傳 能減小測量誤差“提高 的結(jié)論.中 院上海光 密機械研究所的曾愛軍提出于光柵成 fi影的位檢測方法，通過在4f系統(tǒng)的譜上置濾波光闌，在光探測上獲得與 測物的位成正弦系的光變，改變了 光柵 量 中的 似正弦 ， 于光柵測量 的細分光探測上的光變獲得 測物的位量，復測量 (標準偏差)小于25nm.合 工業(yè)大 的 研制出新型高 線性 光柵 測量系統(tǒng)，測量系統(tǒng)采用高 線性 光柵 ，以光柵 原理和偏振光 理論 ，合 細分方法，使得該系統(tǒng)可 納米級分辨。采用全息光柵作 分光元件，柵距小于1um，使其 光 產(chǎn) ，測量的準 光柵柵距，著地改 了測量的穩(wěn)定性和測量 ，在25mm行 的測量 ，分辨 1 nm， 高于20nm。大 海 ，提出了一種光柵式位測量新方法， 用 個 通低線數(shù) 量光柵， 高分辨“大量 的位測量。 光探測 后 過進一步的細分，使位測量的分辨 納米級 更高，測量量 可 幾 米，這取 于 量光柵尺的長 。最 驗研究成果 100mm量 0. 1 um，分辨1 nm,在50mm量 的 次測量不確定 35nm。 大 的 研究的差線柵位傳 ，的 于 的傳 ，從傳 的刻線方式上 ，通過 小同柵線刻線和刻線 ， 柵線數(shù)大 提高的新型柵式傳 。9傳 原始 不 分“使分辨大大提高，系統(tǒng) “成 低“抗 加，小對動 和性作 刻要 ， 于進柵式傳 系統(tǒng)的低成本和 用。但研究成果前 于原理性驗驗 ，樣機仍未成，距離傳 的產(chǎn)品仍currency1要一個長過 。且差柵線傳 碼 式傳 ，并非線性位傳 ，但差線柵的方法 動的高高 測量提 了 的 方法。光柵尺在同時 高“高 位測量方的研究較少。大“大的文新提出一種高 “高響的光柵納米測量動態(tài)細分方法它fi合 機正fl細分法細分 數(shù)大“細分法工作 “響高的 點。 “原理“結(jié) ，能 同時適用于動態(tài)和靜態(tài)測量， 一種 細分的新方法。 驗 ，合 2um的光柵傳 ，得 了測量分辨 5 nm時，100KHz的響 ，測量許的最高動 0. 5 mm/s， 光柵納米測量 用于 時測量和 時制 下了 的 。但 于其采用的 一尺 測量原理仍 限制了光柵尺高高 測量性能的進一步提高，僅提高了高 數(shù)的光柵 理的 ，仍法提高光柵尺的測量的許 。光柵尺測量高位時 高 方的研究 在 步，研究成果不多見。 致這個 題的主要原因在于光柵尺測量系統(tǒng)各 性能品” 極限，集成這些 的 一尺 測量機制限制了測量性能的進一步提高， 在1) 光柵尺柵距一般 能 1um，如RENISHAW光柵尺 20um與40um 種柵距刻線的標尺，HEIDENHAIN光柵尺 40um 1um的柵距刻線的標尺。光柵 采用DIADUR光刻復制影響了標尺光柵刻線劃分 “ 光柵掃描 品”的提高。其次， 的正弦性和正 性“ 直 性能 征難以進一步改 。這些因素 定了測量 分辨的極限。2)光 “數(shù)補“的率 性 定了光柵尺最大許動 。在刻尺柵距固定，及一定的 檢測“掃描率下， 細分數(shù) 大，光柵尺最大許動 就 低: 細分數(shù) 小，光柵尺最大許動 就 高。102 2光柵測量 的量光柵 的 ( fl fl ) 年 英 物理 家 LR ” 首 提出這種圖的工 價值，直 2 世 年 們始 用光柵的 進行 密測量。 年 首 I UR復制工 ，也就 在玻璃 上 的光刻復制工，這能制 高 “價的光柵刻 尺 ，光 柵 量 能 用戶所 受 ，進入 品場。 3年英 flfl fi 提出了一個相 系統(tǒng)，可以在一個 細分 ，并能動方向，這 就 相 ， 光柵測量系統(tǒng)的，并一直 用 。 年始光柵 尺和圓 柵編碼 ，并制 出柵距 L (2 線 )的光柵尺和 線 的圓光柵測量系統(tǒng) ，能 米和 角 的測量分辨 。 年制 出了柵距 2 ( 線 )的 式直線光柵編碼。在 年 又 出 U R UR工 ， 在鋼 上制作高 率的 線 光柵 。并在光柵一個 標 (零位 )的 上 加 了距離編碼。在 年又提出一種新 的 原理 ，采用 光柵 納米級 的測量 ，并許較 的安裝 年 出用 于絕對 編碼 的 fi雙向 行 續(xù) ，使絕對編碼和 量編碼一樣方便的 用 于測量系統(tǒng)。在光柵測量 系統(tǒng) 十分 ， 用的 ，全世界光柵直線傳 的年產(chǎn)量在 萬件左 右 ，其 中 式光柵尺約 占 ， 式光柵尺約 占 。在 的產(chǎn)品 中大約直線光柵 編碼 占 ，圓光柵編碼 占 3 ，數(shù) “數(shù)及 占 3 。 總部的年 約 元(不 所 的 家企業(yè))。 外企 業(yè)的產(chǎn)值在 萬 元左右 ，研究 約占 的 ，產(chǎn)品研 約占 的 。2 3光柵尺 位測量原理11 在相 長的時 ，光柵僅 家作 元件用于光譜分析和光波波長的測定工作。20世50年 以后，們 用光柵的 進行 密測量。 二三十年以來，隨 高 “低成本 相光柵的 ，光柵刻制 和 的 ， 細分 的步 ，光柵 在 量測試 了進一步的 ，光柵式測量以下 點1)高 。光柵式測量裝置在大量 測長方 僅低于 光 。2) 較的抗 能。3)與 式測長 相 ，光“結(jié) ，整難 小。4)非 測量， ，命長，可長 保持光柵 。5) 于多根柵線的fi合作用產(chǎn) 了 ，因此 或減少光柵部誤差“和 誤差的 果。光柵作 密測量的一種工 ， 于他本 的 點， 在 密 “坐標測量“ 確定位“高 密加得 了 的 用。光柵測量 以光柵相對動所成的 的，對此 進行一系列的 理，即可獲得光柵相對動的位量。將光柵位傳 與 相結(jié)合，進行線性位量的測量，以 較高的測量 。2 3 光柵尺掃描測量原理光柵上的刻線稱 柵線，如圖2-1所。柵線的 a, 的 b，一般都取a=b，a+b=d, d 光柵的柵距，通 也稱 光柵或光柵 數(shù)，它 光柵的要 數(shù)。光柵測長原理 用光柵的 進行測量的。如圖2-2所，LED光源 出的光，通過聚光系統(tǒng)變 行光， 柵線相對的透 式標尺光柵和 光柵(掃描掩模)上(標尺光柵“ 光柵中之一 動光柵，另一 固定光柵)， 標尺光柵相對 光柵沿柵線垂直方向動時， 所產(chǎn) 的暗相的 沿柵線方向動。 光柵尺相對動一個柵距， 的光 地變一次，并掃過安放在標尺光柵前的四 光 傳 ，光傳 分產(chǎn) 四“ :I0 , I90。 , I180 , I270, 壓 ，從12產(chǎn) 四“正弦壓 ， “系統(tǒng) 理后，變成脈 。2 3 2 征光柵(掃描掩模)和標尺光柵柵距d一般相同，黑白 相同，其刻線 彼此行“相距較 ，且沿刻線方向保持一個小的夾角的成可以看成 光柵柵線相互擋光的結(jié)果。 于光在透介”中 按直線傳播的， 光柵的柵線相互疊時，光線透過 成亮帶；柵線彼此錯時，互相擋住 ，光線小能透過，成暗帶。這就 于遮光 和光的 作用，從在 光柵上出n 較粗的暗 ，稱 。如圖2-3所，暗 方向刻線方向 似垂直，故稱 橫向 。 改變夾角 時， m將 變，減少 ，將使m 大，即:13若標尺光柵沿刻線垂直方向動， 就沿夾角 的分線的方向動。 光柵沿垂直于刻線方向相對動時， 將沿行于刻線方向動，光柵每動一個柵距d, 也 動一個 。 動方向 取 于光柵夾角的方向和光柵的動方向。以下幾個要 征:1) 山光柵的大量刻線共同成的，對光柵的刻線誤差 作用，從在大 上削弱了 誤差即柵距部誤差的影響。光柵的工作長 愈長， 加作的刻線愈多，這一作用 果愈 。若 根柵線的標準差 ， n根柵線組成的， 位置的標準差 nx / = ,。這說了 位置的可性大大提高，從提高了光柵傳 的測量準確 。2)放大作用對于長光柵，減少 可 大m，即 加 ，使md，放大的作用，它使得根據(jù) 讀數(shù) 按刻線讀數(shù)方便得多。但 于零時， 的 變得大，此時亮帶與暗帶的系小。光柵刻線部分的 成 一致。動光柵時，透過光14柵的光 作暗的 替變，成光閘 。按這種原理可制成光脈 。3)動對 系的動與柵距之的動一一對 。 光柵動一個柵距時， 也相 動一個 m；若光柵作 向動時， 也隨之 向動。 動的方向與光柵動方向垂直。這樣測量光柵水方向的小位就用檢測垂直方向的 大的 的變來 替。2 3 3 件光柵讀數(shù)頭中， 采用的 光二極管“光三極管和硅光池。硅光池 受光積大“光能 用率高“率響 在10-5 s之上“使用時小要加偏壓及可 結(jié) 點， 用四相硅光池組合，可 成與裂相光柵對 ， 光柵 的機械細分，硅光池出的 靈敏 雖較低，但其線性 。光敏三極管“光敏二極管 用也較 遍，靈敏 也較高，但光敏三極管線性小如光敏二極管 ，率響 在10-7 s之上。圖2-4 光與光柵 差“率響的系， 系統(tǒng)元件確定后，可以看出適 加光，光柵 差 大，率響 適 低的情況.2-4 了響 率與光的 系， 入 光變率加 一定 時，光二極管的出 會減小， 響 下 入 的0.707 時，稱該率 截止率，因此光柵讀數(shù)頭中 的截止率限制了 的出率。2 3 的出用行光 光柵時， 亮帶 暗帶， 暗帶 亮帶，透過的光分布 似弦函數(shù)。硅光池的出波也 正弦曲線，圖2-5所 光柵的 15際出波圖，它可以看成 在一個直 分量上疊加一個 分量，即:式(2-2)中d 柵距，x 標尺光柵和 光柵的瞬時位量，V0 直 分量(即出壓)，Vm 分量 值，V 出壓。 上式可見，硅光池上出壓的大小 映了光柵瞬時位大小。在 用的 量光柵系統(tǒng)中，在光柵通光 了數(shù)量多的線 ，這將使 光 得 的 變得滑2 光柵數(shù) 的本原理光柵傳 了位量 非量 量的 ，但 了辨位的方向，提高測量 ，以及 數(shù)要 ，必須把傳 的出 送入數(shù) 作進一步 理。光柵數(shù) 辨向“細分及功能 。2 辨向原理于位量 方向性的，因此，希望 物正向動時，將得脈數(shù)累加； 向動 時，就從 累加的脈數(shù)中減fl 向動所得 的脈數(shù)。 了 這一，在相距 B(B 的距)位置上置 個光柵元件 和2。這樣便得 個相位差 的正弦 和 2， 后送入辨向“中。原理如圖 。測量正向位時，光元件1的出壓u1 光元件2出壓 u2超前 90相角 ，u1“u2 放大整后得 個方波 u1和 u2。 u1 u1 相后得 的方波 。u1“ u1。分 進行分，得 u1w和u1w。 于 u1w 16于高時 ，u2總 于低，因與 出Y1 零。 u1w于高時u2也 于高，因與 Y2出，該 對 于 數(shù)。將 個與 的出 Y1，Y2送入 ，在 的制下，可逆 數(shù)作加法，與此同時，Y1“Y2 或 送入可逆 數(shù)的入端 ，這樣便可把正向位量 下來 。 向時，一fl與上述相 。2 2細分 所謂細分就 一 時，不 出一個脈， 出若 個脈，以減小脈 量，提高分辨率。例如 變一個 ，不 出一個脈， 出四個脈，就叫四細分。在四細分的情況下，柵距 4um 的光柵，其分辨率可以提高 1um。細分 多，分辨率 高。最 用的細分方法 直 細分。一般細分數(shù) 4，其currency1 在 一個 能得 彼此相差同一相角若 正弦 ，通過“ 理，一個 就可得 若 個 數(shù)脈，從 細分的的。2 3光柵尺的安裝 在光柵尺的安裝時 盡量與動方向的元件保持一致性；大多數(shù)測量系統(tǒng)的動系統(tǒng)一般都 用 密 副，理論上要 光柵尺安裝在進 副的軸線上。但 于 際受結(jié) 的限制以及空 的影響，光柵尺都安裝在 外 ，如果光柵尺裝不 ， 誤差，對位置測量 巨大影響。 了將 此產(chǎn) 的阿貝誤差 小，定尺和定尺外殼 盡可能地固定于機 的固定結(jié)合面上，安裝面一定要與機 行。這就要 安裝面與 軸線的正 (即安裝面與動 向面)保持行 。在加工安裝面時可以加工一個2fl 的凸 作 光柵尺的定位準，要 與 正 。在安裝光柵尺時可以在定位準上，這樣也便于光柵尺的裝。光柵尺安裝在 外 ，也便于試和將來的維修。 光柵尺在安裝時，要避免各種加 ，抗振的最高值在2 ，對振擊和擊荷 (正弦型)許加 最高值在 ” ；在裝整時 避免使用鋼件或相”的部件；不要固定在熱源附 ，機 在使用一年以后， 對光17柵尺進行校正，同時 檢驗光柵尺的行情況；如currency1洗時 該用棉球沾水酒 擦拭，如果光柵尺污物太多， 讓 拆下光柵尺從光柵的一頭用水酒 洗，不許用其他可以產(chǎn) 結(jié)膜的物”洗。 光柵尺的定尺與動尺的相對動 機 的位定尺安裝在固定結(jié)合面上，動尺 currency1要用支架與動部件 ，這就要 支架 足的剛性。在動尺行時，要 支架與各動部件 的共振“ 如在我廠一 立式加工中中 方向動行 超過了”，方向安裝的光柵尺位置， 動尺的支架產(chǎn) 共振和變的情況( 于工作 左右動的在滑鞍上的變， 致與下滑鞍 的支架 小的變，最大 約 3fl 之 ) 成了數(shù) 在行 上的變， 致了測量值的不一。從測量結(jié)果上看，在保 安裝 件下， 光柵尺動尺和定尺位置 變時，并不能保 測量值不變。三 步進機原理3 工作原理步進動機的工作就 步進動。在一般的步進動機工作中，其源都 采取 極性的直 。要使步進動機的步進過 行動，就必須對步進動機的各相繞組進行恰 的時序方式通?！?】步進動機的步進過 可以用一個三相 式步進動機來說，如下圖2.3所，18圖2.3 步進動機步進過 初始狀態(tài)時，S 通A相繞組， A相磁極和的0“2 齒對齊。同時，的1“3 和B“C相繞組磁極成錯齒狀態(tài)。 S從A相繞組撥向B相繞組后， 于B相繞組和的1“3 齒之的磁線作用，使 的1“3 齒和B相磁極對齊。 的0“2齒就和A“C相繞組磁極成錯齒狀態(tài)。此后S從B相繞組撥向C相繞組， 于C相繞組和0“2 齒之的磁線的作用，使 的0“2 齒和C相磁極對齊。這時的1“3 齒和A“B相繞組磁極產(chǎn)錯齒。 S從C相繞組撥向A相繞組后， 于A相繞組磁極和1“3 齒之的磁線作用， 1“3 齒和A繞組磁極對齊。這時的0“2 齒和B“C相繞組磁極產(chǎn) 錯齒。，在這時的齒動了一個齒距角。如果對一相繞組通的操作稱 一拍，那么對三相 式步進動機的A“B“C三相 通一次也稱一個 。從上面分析看出，三相 式步進動機動一個齒距，currency1要三拍操作。從步進動機的工作原理分析可知 式步進動機要 1.定繞組磁極的分 角不能 齒距角整 ，否 不能成錯齒。也就法 步進工作。2.定繞組磁極的分 角 齒距角 之后所得的數(shù)， 該 步距角或步距角的 數(shù)，且 數(shù)值和相數(shù)不能 因。否 ，步進動19機法 對齒，也就法 于衡穩(wěn)定狀態(tài)。3 2步進機的結(jié) 性及 數(shù)在 機 用中， 要用 步進動機，以 對 產(chǎn)過 或 的數(shù)元制。步進動機 中十分要和 用的功率件。步進動機 一種將脈 成相 的角位（或線位）的機組件。通俗的講，就 外加一個脈 于這種動機時，它就行一步。步進機的一些 點一般步進機的 步進角的3 ，且不累積。2步進機外 許的最高溫 。步進機溫 過高首 會使機的磁性 退磁，從 致矩下 乃 于失步，因此機外 許的最高溫 取 于不同機磁性 的退磁點；一般來講，磁性 的退磁點都在攝氏 3 以上， 的 高 攝氏2 以上，所以步進機外 溫 在攝氏 全正 。3步進機的矩會隨的高下 。步進機動時，機各相繞組的 將成一個 向動勢；率 高， 向動勢 大。在它的作用下，機隨率（或 ）的 大相 減小，從 致矩下 。步進機低時可以正 但若高于一定 就法 動并伴嘯叫聲。步進機 一個 數(shù)空 動率，即步進機在空 情況下能 正 動的脈率，如果脈率高于該值，機不能正 動，可能 丟步或堵。在 的情況下， 動率 更低。如果要使機 高動，脈率 該 加過 ，即 動率較低后按一定加 所希望的高（機從低 高）。步進動機以其著的 點，在數(shù)制 時 揮 大的用途。伴隨 不同的數(shù) 的 以及步進機本 的提高，步進20機將會在更多的得 用3 3 步進機的一些本 數(shù)機固 步距角它 制系統(tǒng)每 一個步進脈 ，機所動的角 。機出廠時 出了一個步距角的值，如 B G2 型機 出的值 （ 半步工作時 “整步工作時 ），這個步距角可以稱之 “機固 步距角”，它不一定 機 際工作時的真正步距角，真正的步距角和動和細分“ 。2 步進機的相數(shù)機 部的線圈組數(shù)，前 用的 二相“三相“四相“五相步進機。機相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相機的步距角 “三相的 “五相的 3 2 。在沒細分動時，用戶主要選擇不同相數(shù)的步進機來滿足自己步距角的要 。如果使用細分動，用戶 currency1在動上改變細分數(shù)，就可以改變步距角。3 保持矩（ L ING R U ）步進機通但沒 動時，定 住的矩。它 步進機最要的 數(shù)之一，通 步進機在低時的矩 保持矩。于步進機的出矩隨 的 大不斷 減，出功率也隨的 大變，所以保持矩就成 了衡量步進機最要的 數(shù)之一。 如， 們說2N 的步進機，在沒 說的情況下 保持矩 2N 的步進機。 N R U 步進機沒 通的情況下，定 住的矩。 N R U 在 沒 統(tǒng)一的 方式， 使大家產(chǎn) 誤 ； 于 式步進機的不 磁 ，所以它沒 N R U 。3 3 在該測量系統(tǒng)中，我們要 整個系統(tǒng)的響 盡可能的 ，測量 21 高，行部件工作的 也直 影響整個測量系統(tǒng)的 ， 此我們選用了 螺 傳動作 我們的傳動方式， 螺 傳動裝置 螺 “螺 “ 和 裝置四個部分組成。其 點 大及 大“傳動 率高“ 小，命長，維 。3 3 2 部件了使該測量系統(tǒng) 時在線檢測，其部件也必須currency1要 時，我們選用了大 方 限 產(chǎn)的標準 式點陣式模 。其 點 工作壓低“耗極 “成本低，也能 ，使得 的機界面更加 和整個測量系統(tǒng)外得 。3 3 3 的I 我們選用的 以 點陣 行 X ，它采用了 結(jié) ，共 端 線，見 2 2 管 功能 源地(GN )2 源壓( )3 LC 動壓(可) R 入 ，入 PU選擇選擇模 部 類型型 R ， PU進行寫模 操作時， 向 PU進行讀模 時， 向地 數(shù)R ，論 PU讀操作還 寫操作， 向數(shù)據(jù) R W入 ，入 PU選擇讀 寫模 操作 R W 讀操作 R W 寫操作 入 ，入 PU模 操作使能 讀操作時， 下 沿 寫操作時，高 B B 入 出 ， PU與模 之的數(shù)據(jù)傳通 根據(jù)以上端 功能 ，我們可以 LC 模 的各種操作，如(L )， (LC”fl )，定位(LX )，檢測 標 位(LB )。3 3 模 組件 部 成 主要 LC (LC P ”)“制(Cfifl”fl)“列動( fi fl fl)和偏壓“ 成。LC C 和 fi 成的點陣，以X 點陣 結(jié) 模式和置的 22數(shù)列動與制 使用，它 受來自制的振 “ 同步出“ 行出的數(shù)據(jù)和位及 脈，產(chǎn) 列 fi 掃描動 制 受來自 PU的 和數(shù)據(jù)，制 整個模 的工作，它主要 IR“數(shù)據(jù) R“ 標 B “地 數(shù)C R (數(shù)據(jù) )“CGR ( R ) CGR ( R )以及時序 “組成。 功能如下 (IR)和數(shù)據(jù) ( R) 模 部 個 位 IR和 R，我們可以通過R 和R W 入 的組合選擇 定的 ，進行相 的操作，其組合式如 2 2 IR 部 R 和CGR 中的數(shù)據(jù)的 碼和地 ， 能 PU對其進行操作 R 部時 PU與模 部R 和CGR 之的數(shù)據(jù)。 2 2 R R W 功能I 將 B B 的 碼寫入 分將狀態(tài)標 B 和地 數(shù)(C) 讀 B 和 B B ” 將 B B 的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù) 中，模 的 操作自動將數(shù)據(jù)寫 R 或 CGR 中 )” 標 (B )和地數(shù)(C) 標 (B ) 判LC 模 否 于正 工作模式的標 ， 標 B 時， 模 正在進行 部操作，此時不 受外部 和數(shù)據(jù)，直 B 。 R R W 以及 高時，B 出B ，每次操作之都必須檢驗標 位， 在B 之后， PU能該模 。C地 數(shù) R 或 CGR 的地 ， R和 R 或CGR 之成一次數(shù)據(jù)傳送后，它自動會加 或減 數(shù)據(jù) “ R “ R 數(shù)據(jù) ( R ) 的 碼， 最多可以的 數(shù) 個 R (CGR )中，模 己 位二進制數(shù)的式，成了X 點陣的 模組在 R (CGR )中，用戶可以成自定圖 的 模。3 3 模 與多功能 機模 的 在全自動二維測量系統(tǒng)中， 作 部分，它 用總線模式，直 與 PU的P 直 相聯(lián)，在制 高或下 沿的23作用下，模 通過分制 R 和】2 W的組合式，來分數(shù)據(jù)總線 B B 上傳送的 和數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)總線 B B PU 模 和與模 之 息 的數(shù)據(jù)通 。在該測量系統(tǒng)中，其“圖如2 圖2 在該系統(tǒng)中P3 P3 3 P3 分 的制 R R W 其制 R R W 的高或下 沿都 通過軟件 的，根據(jù)該系統(tǒng)的硬件“圖得知其每個制 的地 。在編寫軟件前， 定其位地 currency1 LC Pflfi P currency1 L fi PflfiPI fi LC P3 fi LC RW P33 fi LC “ P32 模 根據(jù)該測量系統(tǒng)的要 ，我編寫了各種模 ，以滿足測量系統(tǒng)的要 ，在對LC 模 操作之前，必須檢驗其 標 B ， LB ，模 標 檢驗(LB )“ 受和 送命 (LC )“出和入數(shù)據(jù) (L fi ) LC 的定位(LX ) LC (L )各種模 如下 LB ( 檢驗 標 B LCI一R LC RW LC Pflfi LC LC ”(LC Pflfifi )fl )LC LC LC 24 LC ( fl ) LC 模 受和 送命 LB ()LC Pflfi LC R LC RW LC LC L fi ( fl ) LC 模 數(shù)據(jù)入和出 LB )L fi Pflfi LC R LC LC RW LC LX ( fl fl ) LC 定位 (fi )fl )LC ( )( )”LC ( ”( )3 步進動機的點位 所謂點位制，就 制動機動 從一個位置動 另一25個位置。對步進動機，就 制動機從一個 定位置行若 步 另一個位置進入 定狀態(tài)。這里要 動機 際行的步數(shù)一定要與定相 ，不許 誤差。用 機 步進動機的點位制一般currency1在系統(tǒng) 個坐標系，一個 絕對坐標系，一個 量坐標系。所謂絕對坐標系， 際上整個系統(tǒng)點的坐標系， 一個 點， 一個 點， 點之的動機行的總步數(shù)稱 最大行 。系統(tǒng)的絕對坐標值，也即 動機角 的系統(tǒng)的位置坐標，動機行過 中，絕對坐標值一直系統(tǒng)位置的變。系統(tǒng)還currency1對坐標值 檢測，一 限故，即 出 。所謂 量坐標值， 際 在一個工步 系統(tǒng)位置的變。例如，系統(tǒng)從一個位置按一定的 行 另一個位置， 個位置絕對坐標值的差稱 量坐標值。如向正向動， 量坐標值 正 ；如向方向動， 量坐標值 。系統(tǒng)在動之前， 量坐標值最大，在始行后， 量坐標值減， 減 量坐標值 零時，說系統(tǒng) 走currency1要的步數(shù)，止行。 量坐標值的 ， 際上就動機行的方向標 。動機行的每一步都currency1要對絕對坐標值和量坐標值進行 。這些 都安在中斷 序中。3 機與動“ “我們也可以采用 機P 動“向步進機提 制脈， 于P 沒 數(shù)據(jù) 功能，因此我們還currency1要” 一個 ，對出的數(shù)據(jù)進行 ，下面 數(shù)據(jù)總線通過一個 L 2 3 與C 3動 在一 的動硬件“圖如圖所。26 圖 步進機動“圖4-5中數(shù)據(jù)總線出制步進機的脈 過 “放大，最后作 制步進機的脈源通過DJ0DJ3 與二相步進機的各相 在一 。273 步進動機的功率放大“3 壓功率放大動壓功率放大“ 步進動機制中最 的一種動。在本”上它 一個 的 相。在“中管T用作；L 步進動機的一相繞組；RL 繞組；RC 外 ，也 限 ；D 續(xù) 二極管。在外 RC上并聯(lián)一個 C，可以改 注入步進動機繞組的 脈前沿。在續(xù) 二極管D“中 聯(lián)RD，對“的放時Td改 較大的作用。圖3 壓功率放大“如圖